Ako fyzik teplote rozumiem. Počas štúdia sa človek stretne s niekoľkými definíciami, jedna z nich je pomerne priamočiara. Teplota je miera mikroskopického pohybu častíc. V horúcej látke sa atómy hmýria a kmitajú rýchlo, v studenej pomaly. Ako človek zas poznám pocity tepla a chladu. Ako tieto dve veci spolu súvisia?
Vnemy z vonkajšieho prostredia prichádzajú cez nervové spojenia. Na ich konci čaká mozog, ktorý signál spracuje. Na začiatku je zas receptor, ktorý vzruchy vníma. V niektorých príkladoch je relatívne jednoduché na pochopenie. Napríklad v oku máme svetlocitlivé receptory. Fotóny, častice svetla, sú balíky energie. Keď ich receptor zachytí, využije túto energiu na vytvorenie vzruchu, ktorý vyšle do mozgu. Detaily sú samozrejme komplikované, princíp je však pomerne priamočiary.
S vnímaním teploty je to trochu zložitejšie, špeciálne s vnímaním chladu. Ako môže vyvolať stimul niečo, čo má menšiu tepelnú energiu – je chladnejšie – než bunky v mojom tele? Je fyzikálna poučka, ktorá hovorí, že teplo ide z teplejšieho prostredia do chladnejšieho. Ako môže chlad vyvolať signál v mojom tele, keď má energia prúdiť opačným smerom?
Keď som si k tejto téme hľadal informácie, prekvapilo ma, že donedávna neexistovala úplne uspokojivá odpoveď a aj dnes ide o aktívnu oblasť výskumu. Kľúčovú úlohu v procese zohrávajú proteíny. Proteíny sú dlhé molekuly, ktoré sa usporiadajú do 3D tvaru a práve tento tvar definuje ich funkciu. Bežne sú citlivé na teplotu, pri jej zvýšení sa rozpletajú – teda denaturujú – čo je mimochodom jedným z kľúčových aspektov tepelnej prípravy jedál.
Proteíny spĺňajú v tele najrôznejšie funkcie, jednou z nich je tvorenie iónových kanálov. Ióny sú nabité častice, ktorých hromadenie v bunke môže vyvolať vznik nervového signálu. Na pohyb iónov – a teda vznik nervového signálu – majú kľúčový vplyv práve proteíny, ktorých priepustnosť sa mení v závislosti od prostredia. Napríklad aj od teploty.
Špeciálnu úlohu zohrávajú dva iónové kanály TRPV1 a TRPM8. Ten prvý z nich je aktivovaný zvýšenými teplotami, ten druhý zníženými. Fyzikálny vplyv teploty sa teda prejaví na správaní proteínov, ktoré zmenia priepustnosť iónov do bunky a tie následne vyvolajú nervový signál, ktorý mozog interpretuje ako teplo či chlad. Teplota však nie jediná vec, ktorá dokáže tieto kanály aktivovať. Ten prvý z nich, TRPV1, je citlivý napríklad aj na kapsaicín, látku, ktorá sa nachádza v čili papričkách. Ten druhý, TRPM8 je zas citlivý na mentol. Preto vedia niektoré potraviny vyvolať dojem tepla či chladu!
[Samuel]PS: Spolupracoval som na novej knihe o vede pre deti! Jej vznik môžete podporiť cez
https://www.startlab.sk/projekty/1644-najznamejsie-experimenty-z-fyziky/
—
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoception
https://vedator.space/pri-akej-teplote-sa-uvarite/
https://vedator.space/ako-funguju-okuliare-na-farboslepost/
https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/sensing-temperature
https://medicalxpress.com/news/2010-04-temperatures.html
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080453965002220
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3588603/